人类距终极能源还有多远?英国公司称实现可控核聚变仅需数年

澎湃新闻记者 杨漾

2017-05-11 07:56 来源:澎湃新闻

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 “(可控)核聚变将在未来几年内成为现实,而非数十年后。”在英国核聚变发电创业企业、托卡马克能源公司(Tokamak Energy)CEO David Kingham看来,人类实现“终极能源”——核聚变发电的曙光就在眼前。
这家2009年成立、位于英国牛津的核聚变明星企业近日宣布,其最新的ST40聚变反应堆已实现首次启动,并正式生成第一批等离子体。今年秋季,ST40可以产生温度达1500万度的等离子体——这相当于太阳中心温度。实现1500万度之后,ST40的下一个目标是在2018年产生1亿度的等离子体。该公司计划,在2030年之前实现商业核聚变发电。
“无论是对英国还是全球核聚变能源发展而言,今天都是重要的一天。我们向世界展示了首个由私企设计、建造和运行的一流的可控核聚变装置。”David Kingham称,ST40将证明,在结构紧凑、成本优势明显的反应堆中可以实现1亿度的聚变温度。“这意味着,核聚变将在数年而非数十年后成为现实。”
ST40
太阳和氢弹所经历的,都是不受控制的核聚变过程。与之相对的可控核聚变,能够持续、稳定、安全释放能量,在清洁性和原料储备上优于核裂变,一直被视作人类彻底解决能源危机的终极模式。从上世纪50年代开始,科学家们就在不懈追求这种如太阳般制造能量的技术。
反常规:球形托卡马克装置,通往核聚变的“捷径”?
与青睐“大尺寸”的国家级大型核聚变项目或国际合作核聚变项目不同的是,托卡马克能源公司另辟蹊径,专注于设计和研发小型聚变堆——借助球形托卡马克(Tokamak)装置和高温超导体两种新兴技术,并尽量保持设备的小型化。
托卡马克装置是核聚变反应堆中最为常见的设计。这种形似甜甜圈的装置是呈圆形线圈的中空金属结构,利用磁场控制超高温等离子体。球形托卡马克则是一种更加灵巧的替代方案,是该领域的“后起之秀”。托卡马克能源公司认为,实验和理论研究均已表明,相较于欧洲联合环(JET)等更“常规”的托卡马克装置,球形托卡马克装置是通往聚变的“一条捷径”。而小型装置的建造时间更短,成本更低,商业前景广泛。
该公司在公告中称,随着ST40反应堆启动运行,接下来的步骤是安装和调试一整套电磁线圈,这些电磁线圈对于达到核聚变所需的温度至关重要。今年秋季,ST40将可以产生温度达1500万度的等离子体——这一温度相当于太阳中心温度。实现1500万度之后,ST40的下一个目标是在2018年产生1亿度的等离子体。这差不多是太阳中心温度的7倍,同时也是受控核聚变必需的温度。“1亿度是一个关键阈值,这将成为一个打破纪录的里程碑事件,因为私人拥有或投资的聚变堆中等离子体从未达到这样的温度。” David Kingham说。
托卡马克能源公司的最终目标,在2030年将聚变能送入电网。它的前身卡勒姆(Culham)实验室,是全球最强大的托卡马克装置欧洲联合环和世界领先的磁约束聚变能量研究中心的所在地。其中,欧洲联合环是英国核聚变研究的核心和基石。
“将我们的公司设立在卡勒姆附近并没有错。”David Kingham此前接受媒体采访时表示,“欧洲联合环项目上积累的经验(也包括其它位于卡勒姆的球形托卡马克装置)帮助我们走到了今天。诸如欧洲联合环和国际热核聚变实验堆(ITER)等大型政府项目,进一步加深了我们对核聚变的理解,也使得像我们这样的商业公司更加接近聚变目标。”
该公司借助球形托卡马克装置和高温超导体两种技术,并尽量保持设备的小型化
David Kingham说,他们并未将核裂变产业视为竞争者,相反,聚变和裂变之间可以相互获益。“小型模块化核裂变反应堆和我们正在开发的同等规模的小型聚变堆之间有着十分有趣的技术重叠。”
由私人资本支持的核聚变企业涌现,与政府主导项目一较高下
这并不是托卡马克能源公司首次惊艳能源界。世界首台完全高温超导磁体的托卡马克装置、也是托卡马克能源公司的第二台反应堆ST25,曾在2015年伦敦皇家学会夏季科学展览会上演示了连续29小时输出等离子体,创下世界纪录。
在发布关于ST40 的最新动态后,David Kingham说道:“我们依然需要大量投资,许多学术和行业上的深入合作,专业且富有创新精神的工程师和科学家,以及卓越的产业链来支撑。我们的方法是继续将探索聚变发电的征程分解为一系列工程挑战,继续募集资金以实现新的突破。在这条路上,我们已经实现了一半的目标,通过不懈努力,我们将在2030年之前实现商业规模的聚变发电。”
在核聚变领域,像托卡马克能源公司这样的私人企业往往比政府部门表现出更进取的风险偏好,执着于寻求更灵活快速的技术路径。对于核聚变研究本身而言,这并不是坏消息,因为过去几十年的核聚变研究,无形中给该领域贴上了“大型的、政治性的、麻烦的”等标签。小型的、灵活的私人资本更擅长于在老问题上尝试新的方法。“我们对核聚变的追求,是基于将其视为一项工程挑战、一门生意,而非‘大科学项目’。”David Kingham说。
相比之下,由大型公共资金资助的项目虽然时而有新的科学突破,但总体上进展缓慢,大型核聚变项目正变得越来越昂贵。比如,在堆积如山的技术难题、不断攀升的巨额成本面前,当前世界上规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一ITER,不得不修改了既定的时间表,推迟了实现第一束等离子体的时间节点。该项目目前的计划是在2035年实现点火运行,七个成员方——中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国,分别负责设计和关键部件的制造,但在具体实施过程中,这个大型而复杂的项目还是遭遇了不少困难。比如,有成员未能在规定限期内完成任务,他们各自的制造技术和标准也不一样,由此产生的连锁反应严重拖慢了整体进度。
近年来,由世界超级富豪赞助和支持的核聚变创业公司,正在向这一技术革命发起冲击,欲与政府出资主导的大型核聚变项目一较高下。获得加拿大石油公司Cenovus和亚马逊CEO杰夫·贝佐斯等投资方支持的通用聚变公司(General Fusion),从高盛、微软创始人之一保罗·艾伦、俄罗斯国有企业Rusnano等处融到上亿美元资金的Tri-Alpha能源公司,都是近年来一鸣惊人的新星企业,打破了核电行业历来的沉闷气氛。
十多年后将聚变发电商业化,托卡马克能源公司的目标是痴人说梦吗?至少,迄今为止它的确实现了此前设定的一系列小目标。
责任编辑:杨漾澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 核聚变,托卡马克能源公司,人造太阳,并网发电,托卡马克,等离子体,ITER,JET,澎湃

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